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殺虫剤抵抗性機構の解析と
今後の課題について
岡山大学資源植物科学研究所
園田昌司
薬剤抵抗性病害虫対策検討会
2012年3月16日 農林水産省講堂 1
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昆虫の正常な集団の
大多数を殺す薬量に
対して耐え得る能力が
その系統に発達したこと
殺虫剤抵抗性の定義
2
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↓
↓
↓
生存虫
生存虫
生存虫
A剤
A剤
A剤
抵抗性小
抵抗性なし
抵抗性大
第1段階
第2段階
第3段階
3
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世界における薬剤抵抗性
殺虫剤 500種以上 (Georghiou, 1994)
殺菌剤 150種以上 (Eckert, 1988)
除草剤 194種 (341バイオタイプ) (横山, 2010)
日本における薬剤抵抗性
殺虫剤 約50種 (浜, 1996)
殺菌剤 約84種 (植物病理学会, 1998)
除草剤 25種 (横山, 2010) 4
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殺虫剤抵抗性の原因
1.皮膚透過性の低下
3.標的部位の感受性の低下
2.解毒分解酵素活性の増大
薬剤が体内に浸透しにくくなる
薬剤の体内での分解、体外への排泄
作用点(標的分子)の構造が変化し、
薬剤との相互作用が低下 5
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標的部位の感受性の低下による抵抗性
1.有機リン剤抵抗性
有機リン剤はAChEを阻害
中枢神経系の興奮性シナプスにおける神経
伝達はアセチルコリンによって行われる
伝達終了後アセチルコリンエステラーゼ
(AChE)によって速やかに分解される
AChEの分解を受けずに残った
アセチルコリンは興奮性の
刺激を与え続ける AChEのアミノ酸変異
http://ja.wikipedia.orgより引用
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ツマグロヨコバイやコガタアカイエカのAChE
にはアミノ酸変異が存在しない?
ムギミドリアブラムシで
新たなAChEのアミノ酸
変異の関与示唆
Weblio辞書より引用
Gao et al. (2002) Insect Biochem Mol Biol 32, 765-775 7
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2.ピレスロイド剤抵抗性
outside
inside
Domain I Domain II Domain III Domain IV
NH3+ COO-
★
L1014F
(kdr)
★ T929I
★
M918T
(super-kdr)
L1014F
M918T
L1014F
T929I
Weblio辞書より引用
T929I 主にドメインIIのアミノ酸
変異が関与
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3.ビフェナゼート抵抗性
ナミハダニにおける抵抗性は
母系遺伝
チトクロームbのアミノ酸変異が
抵抗性に関与
4.シクロジエン化合物抵抗性
シクロジエン化合物はGABA
受容体を阻害
GABA受容体における
アミノ酸変異が抵抗性に関与 http://ja.wikipedia.orgより引用
http://www.jppn.ne.jpより引用
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感受性の低下に基づく抵抗性では
標的部位のアミノ酸変異が関与
抵抗性個体と感受性個体の遺伝子
配列は一部異なる
塩基配列の違いを利用すれば抵抗性
個体を識別できる
モニタリング法の開発が可能 10
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解毒分解酵素活性の増大による抵抗性
1.カルボキシルエステラーゼ
有機リン剤、カーバメート剤、ピレスロイド剤
抵抗性に関与
エステル化合物の加水分解を触媒
・遺伝子重複による遺伝子数の増加
・酵素遺伝子に生じた変異による
高活性化
・殺虫剤に結合して作用点への到達を
妨げる(sequestration) 11
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2.グルタチオン転移酵素
親油性化合物のグルタチオン抱合を触媒
・遺伝子重複による遺伝子数の増加
昆虫には6つのクラス存在するが、抵抗性には
deltaおよびepsilonクラスが重要
イエバエの有機リン剤抵抗性やトビイロウンカの
ピレスロイド剤抵抗性
グルタチオン抱合体は昆虫体内で分解、排泄
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3.チトクロームP450
様々な基質を酸化、代謝
抵抗性個体では主にCYP6ファミリー遺伝子の
発現が高まっている
カーバメート剤、ピレスロイド剤、ベンゾイルフェ
ニルウレア剤、ネオニコチノイド剤抵抗性に関与
・シス制御因子の変異
・トランス制御因子の変異
・P450酵素遺伝子内の変異 13
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標的部位の感受性の低下による抵抗性と
解毒分解酵素活性の増大による抵抗性の
関係
1.ミナミキイロアザミウマのピレスロイド剤抵抗性
ミナミキイロアザミウマのピレスロイド剤
抵抗性にはナトリウムチャネルのアミノ酸
変異(T929I)による感受性の低下と
チトクロームP450による解毒分解酵素
活性の増大の両方が関与している
(Bao and Sonoda, submitted)。
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2.トビイロウンカのイミダクロプリド抵抗性
Liu et al. (2005) Proc Natl Acad Sci USA 102, 8420-8425
5つのnAChRサブユニットを感受性系統(S)と
抵抗性系統(R)で比較
抵抗性系統の2つのαサブユニットに
アミノ酸変異Y151Sを検出
Table. Frequencies of Y151S in Nilaparvata lugens
Population n
% homozygous
wild type % heterozygous
% homozygous
mutant
S
R (T25)
R (T35)
60
70
79
100
0
0
0
84
0
0
16
100
松村博士(九州沖縄
農技研)より提供
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Bass et al. (2011) Insect Mol Biol 20, 763-773
野外ではY151Sを持った個体が見つからない
以前よりCYP450の関与示すデータあり
2つのゲノムプロジェクトの成果(Noda et al.,
2008; Bass et al., 2012)および縮重プライマー利用して
33のCYP450遺伝子獲得し発現解析
Table. The LC50 values of Nilaparvata lugens
Strain n LC50 95% CL RR
NL9 232 97 3.4-434 248
NL15 118 20.1 1.14-2440 51.5
NL16 235 29.8 5.98-64.5 76.4
NLS 244 0.39 0.172-0.55 1
松村博士(九州沖縄
農技研)より提供
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抵抗性3系統と感受性
系統におけるCYP450
遺伝子の発現比較
CYP6ER1は抵抗性
3系統全てで発現
レベルが高い
野外におけるトビイロ
ウンカのイミダクロプリド
抵抗性にはCYP6ER1
による解毒分解酵素
活性の増大が関与して
いる
Bass et al. (2011) Insect Mol Biol 20, 763-773 17
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諌山ら(2005) 応動昆 48, 337-343
回復する場合も回復しない場合もある
殺虫剤に対する感受性は殺虫剤の使用を
やめると回復するのか?
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2.作用機構の異なる殺虫剤の
ローテーション散布が重要である
3.ローテーション散布で抵抗性の発達を
遅らすこと(延命)はできるが、回避できる
わけではない
1.殺虫剤抵抗性は発生さすべきではないが、
使う以上発生リスクは常に伴う
4.殺虫剤抵抗性機構を解明することが
殺虫剤の延命につながる可能性がある
結論
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6.殺虫剤抵抗性は国際問題である
7.殺虫剤抵抗性に関わる多国間共同研究を
進めるべきである
8.今後使用できる殺虫剤の種類が少なくなる
可能性があり、殺虫剤以外の資材の活用に
よる真の意味でのIPMを実践すべきである
5.殺虫剤抵抗性機構を解明するためには
異分野の研究者の連携が必要である
結論(続き)
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